A radiação de onda curta é uma energia radiante produzida pelo sol com comprimentos de onda que vão do infravermelho ao visível até ao ultravioleta. A radiação de onda curta está, portanto, exclusivamente associada às horas do dia para um determinado local na superfície da Terra. A energia chega ao topo da atmosfera da Terra com um fluxo (Watts por metro quadrado) que varia muito pouco durante o ano e entre anos. Consequentemente o fluxo é normalmente tomado como uma constante para fins de simulação hidrológica. Parte da radiação que chega é reflectida pelo topo da atmosfera e outra parte é reflectida por nuvens. Uma parte da radiação que entra é absorvida pela atmosfera e outra parte é absorvida pelas nuvens. O albedo é a fração da radiação de onda curta que chega à superfície terrestre e que é refletida de volta para a atmosfera. A radiação de onda curta que não é refletida ou absorvida acima da superfície terrestre, e não é refletida pela superfície terrestre, está disponível para impulsionar processos hidrológicos como evapotranspiração e derretimento de sacos de neve.
O método de radiação de onda curta incluído no modelo meteorológico só é necessário quando são usados métodos de balanço energético para evapotranspiração ou derretimento de neve. As opções disponíveis cobrem uma gama de detalhes desde simples até complexos. Métodos simples especificados também estão disponíveis para a entrada de uma série de tempo gage ou grid. Cada opção produz a radiação líquida de onda curta que chega à superfície terrestre onde ela pode ser refletida ou absorvida. Mais detalhes sobre cada método são fornecidos nas secções seguintes.
O método Bristow Campbell (Bristow e Campbell, 1984) utiliza uma abordagem conceptual para estimar a radiação de onda curta na superfície terrestre. Durante as horas do dia, quaisquer nuvens presentes na atmosfera irão bloquear alguma porção da radiação solar que entra, o que reduz o aquecimento solar e resulta em uma temperatura mais baixa. Por outro lado, a falta de nuvens permite a passagem de muito mais radiação solar através da atmosfera, o que permite um maior aquecimento e, em geral, temperaturas do ar mais elevadas. Em teoria, a faixa de temperatura diária deve ser pequena em dias nublados e grande em dias não nublados. Esta correlação entre a variação de temperatura e a radiação solar recebida é explorada como uma forma simples de calcular a radiação de ondas curtas usando apenas a temperatura do ar.
O método Campbell da Bristow inclui um Editor de Componentes com dados de parâmetros para cada sub-bacia no modelo meteorológico. O Explorador de Bacias Hidrográficas fornece acesso ao editor de componentes de ondas curtas utilizando uma imagem da radiação solar (Figura 1).
Deve ser selecionado um medidor de temperatura do ar nas variáveis atmosféricas para cada subbacia.
Figure 1. Um modelo meteorológico usando o método de radiação de onda curta Bristow Campbell com um editor de componentes para cada sub-bacia.
O editor de componentes para cada sub-bacia no modelo meteorológico é usado para inserir dados de parâmetros (Figura 2). A transmitância representa a máxima característica de céu limpo sobre a bacia hidrográfica. O valor padrão da transmitância é 0,70. O expoente controla o tempo da temperatura máxima e pode variar de ambientes úmidos para ambientes áridos. O valor padrão do expoente é 2.4.
A média mensal de temperatura deve ser inserida. Este valor é a diferença entre a temperatura média mensal alta e a temperatura média mensal baixa.
Figure 2. Entrada de dados de atmosfera e temperatura para uma sub-bacia usando o método de radiação de onda curta Bristow Campbell.
FAO56
O método FAO56 implementa o algoritmo detalhado por Allen, Pereira, Raes, e Smith (1998). O algoritmo calcula a declinação solar e o ângulo solar para cada intervalo de tempo da simulação, usando as coordenadas da sub-bacia, dia juliano do ano, e tempo no meio do intervalo. Os valores solares são usados para calcular a radiação extra-terrestre para cada sub-bacia. O total de horas de luz do dia é calculado com base no dia juliano e comparado com o número de horas reais de luz solar. A radiação de onda curta que chega à superfície do solo é então calculada utilizando a relação mais comum, contabilizando a redução das horas de luz solar devido à cobertura de nuvens.
O Explorador da Bacia Hidrográfica fornece acesso aos editores dos componentes de onda curta utilizando uma imagem da radiação solar (Figura 3). O método FAO56 inclui um Editor de Componentes com dados de parâmetros para todas as sub-bacias do modelo meteorológico (Figura 4). Um Editor de Componentes também está incluído para cada sub-bacia (Figura 5).
Figure 3. Um modelo meteorológico usando o método de radiação de ondas curtas FAO56 com um editor de componentes para cada sub-bacia.
Um editor de componentes para todas as sub-bacias do modelo meteorológico inclui o meridiano central do fuso horário (Figura 4). Não há atualmente nenhuma especificação para o fuso horário, portanto o meridiano deve ser especificado manualmente. O meridiano central é geralmente a longitude no centro do fuso horário local. Meridianos a oeste de longitude zero devem ser especificados como negativos enquanto meridianos a leste de longitude zero devem ser especificados como positivos. O meridiano pode ser especificado em graus decimais ou graus, minutos e segundos, dependendo das configurações do programa.
Figure 4. Entrada da longitude do meridiano central do fuso horário local.
O Editor de Componentes para cada sub-bacia no modelo meteorológico é utilizado para introduzir os dados dos parâmetros necessários para ter em conta as diferenças de cobertura das nuvens ao longo da bacia hidrográfica (Figura 5). A cobertura de nuvens é considerada através de uma série temporal de horas de sol. As horas de luz solar são definidas como o número de horas decimais por hora completa em que a radiação de onda curta excede 120 watts por metro quadrado (WMO, 2008).
Figure 5. Selecionando uma série de tempo para as horas de luz solar.
Gridded Hargreaves
O método de Hargreaves em grade é o mesmo que o método regular de Hargreaves (descrito em uma seção posterior) exceto que as equações de Hargreaves são aplicadas a cada célula da grade usando condições de limite separadas em vez de valores médios de área em toda a sub-bacia.
O método de onda curta de Hargreaves em grade inclui um Editor de Componentes com dados de parâmetros para todas as sub-bacias no modelo meteorológico. O Explorador de Bacias Hidrográficas fornece acesso ao editor de componentes de ondas curtas usando uma imagem da radiação solar (Figura 6).
Figure 6. Um modelo meteorológico usando o método de ondas curtas Hargreaves com um editor de componentes para todas as sub-bacias.
O Editor de Componentes requer que um conjunto de grelhas de temperatura seja seleccionado para todas as sub-bacias (Figura 7). O conjunto de grelhas actual é mostrado na lista de selecção. Se existem muitos conjuntos de grelhas diferentes disponíveis, você pode desejar escolher um conjunto de grelhas do selector acedido com o botão de grelha junto à lista de selecção.
O Editor de Componentes requer o meridiano central do fuso horário. Se o modelo de bacia abrange vários fusos horários, então introduza o meridiano central do fuso horário que contém a maior parte da área de drenagem do modelo de bacia. O meridiano central é a longitude no centro do fuso horário local. Meridianos a oeste de longitude zero devem ser especificados como negativos enquanto meridianos a leste de longitude zero devem ser especificados como positivos. O meridiano pode ser especificado em graus decimais ou graus, minutos e segundos, dependendo das configurações do programa.
O editor de componentes requer um coeficiente de onda curta Hargreaves. O coeficiente de onda curta padrão de Hargreaves é 0,17 por raiz quadrada de graus Celsius; isto é equivalente a 0,1267 por raiz quadrada de graus Fahrenheit. O coeficiente padrão de onda curta de Hargreaves de 0,17 por raiz quadrada de graus Celsius está implícito na formulação de evapotranspiração potencial de Hargreaves e Samani (1985). O coeficiente de onda curta de Hargreaves pode ser ajustado pelo usuário.
Figure 7. Editor de componentes para o método de onda curta Hargreaves gridded.
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Ondas curtas gridded
O método de onda curta gridded foi projetado para trabalhar com a transformação ModClark gridded. Entretanto, ele também pode ser usado com outros métodos de transformação de média-área. O uso mais comum do método é utilizar estimativas de radiação de onda curta em grade produzidas por um modelo externo, por exemplo, um modelo atmosférico dinâmico. Se ele for usado com um método de transformação diferente do ModClark, uma média ponderada por área das células de grade na sub-base é usada para calcular a série temporal da radiação de onda curta para cada sub-base.
O método de onda curta em grade inclui um Editor de Componentes com dados de parâmetros para todas as sub-bases no modelo meteorológico. O Explorador de Bacias Hidrográficas fornece acesso ao editor de componentes de ondas curtas utilizando uma imagem da radiação solar (Figura 6).
Figure 6. Um modelo meteorológico usando o método de ondas curtas em grade com um editor de componentes para todas as sub-bacias do modelo meteorológico.
Um editor de componentes para todas as sub-bacias do modelo meteorológico inclui a seleção da fonte de dados (Figura 7). Um conjunto de grades de radiação deve ser selecionado para todas as sub-bacias. Os conjuntos de grelhas actuais são mostrados na lista de selecção. Se houver muitos conjuntos de grelhas diferentes disponíveis, você pode querer escolher um conjunto de grelhas do selector acedido com o botão de grelha ao lado da lista de selecção. O selector mostra a descrição de cada conjunto de grelhas, facilitando a selecção da grelha correcta.
Figure 7. Especificando a fonte de dados da radiação de onda curta para o método de ondas curtas da grade.
Hargreaves
O método de ondas curtas de Hargreaves implementa o algoritmo de radiação de onda curta descrito por Hargreaves e Samani (1982). O método calcula a declinação solar e o ângulo solar para cada intervalo de tempo da simulação, usando as coordenadas da sub-bacia, dia juliano do ano, e tempo no meio do intervalo de cálculo. Os valores solares são usados para calcular a radiação extra-terrestre para cada sub-bacia. A faixa de temperatura diária, temperatura máxima diária menos temperatura mínima diária, funciona como um proxy para a cobertura de nuvens. A radiação de onda curta que chega à superfície do solo é calculada em função da radiação extraterrestre e da amplitude térmica diária.
O método de ondas curtas Hargreaves é parametrizado para todas as sub-bacias no modelo de bacia. Selecione o nó Hargreaves de ondas curtas no Explorador de Bacias Hidrográficas (Figura 8) para acessar o Editor de Componentes Hargreaves de Ondas Curtas (Figura 9). Um medidor de temperatura do ar deve ser selecionado nas variáveis atmosféricas para cada sub-bacia. O medidor de temperatura deve ter medições sub-diais para que as temperaturas mínimas e máximas diárias possam ser analisadas. As variáveis atmosféricas da sub-base do Component Editor são acessadas clicando em um nó de sub-base no Explorador de Bacias Hidrográficas.
Figure 8. Um modelo meteorológico usando o método de radiação de ondas curtas Hargreaves com um editor de componentes para a bacia.
O Editor de Componentes de Ondas Curtas Hargreaves é mostrado na Figura 9. O usuário deve entrar no meridiano central do fuso horário e o coeficiente de ondas curtas de Hargreaves. Se o modelo de bacia abrange vários fusos horários, então entre no meridiano central do fuso horário que contém a maior parte da área de drenagem do modelo de bacia. O meridiano central é a longitude no centro do fuso horário local. Meridianos a oeste de longitude zero devem ser especificados como negativos enquanto meridianos a este de longitude zero devem ser especificados como positivos. O meridiano pode ser especificado em graus decimais ou graus, minutos e segundos, dependendo das configurações do programa. O coeficiente de onda curta padrão de Hargreaves é 0,17 por raiz quadrada de graus Celsius; isto é equivalente a 0,1267 por raiz quadrada de graus Fahrenheit. O coeficiente padrão de onda curta de Hargreaves de 0,17 por raiz quadrada de graus Celsius está implícito na formulação de evapotranspiração potencial de Hargreaves e Samani (1985). O coeficiente de onda curta de Hargreaves pode ser ajustado pelo usuário.
Figure 9. Entrando na longitude do meridiano central do fuso horário local (US Pacific neste caso) e coeficiente de radiação de onda curta de Hargreaves.
Piranógrafo especificado
Um piranômetro é um instrumento que pode medir a radiação solar de onda curta de entrada. Eles não fazem parte das estações básicas de observação meteorológica, mas podem ser incluídos nas estações de primeira ordem. Este método pode ser usado para importar valores observados de um piranômetro ou pode ser usado para importar estimativas produzidas por um modelo externo. Esta é a escolha recomendada para uso com o método de evapotranspiração Priestley Taylor, onde é usada uma radiação efetiva que inclui tanto a radiação de onda curta como a de onda longa.
O método pirográfico especificado inclui um Editor de Componentes com dados de parâmetros para todas as sub-bacias do modelo meteorológico. O Explorador de Bacias Hidrográficas fornece acesso aos editores componentes de ondas curtas utilizando uma imagem da radiação solar (Figura 10).
O Editor de Componentes para todas as sub-bacias no modelo meteorológico inclui o tempo de radiação de ondas curtas para cada sub-bacia (Figura 11). Um medidor de radiação solar deve ser selecionado para uma sub-bacia. Os atuais gages são mostrados na lista de seleção.
Figure 10. Um modelo meteorológico usando o método de onda curta especificado com um editor de componentes para todas as sub-bacias.
Figure 11. Especificando o tempo de radiação de onda curta série gage para cada subbacia.